5KW直驱式风力发电机毕业设计.docx

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1、摘要: 本次毕业设计的题目是5KW直驱式风力发电机，直驱式风力发电机，是一种由风力直接驱动发电机，亦称无齿轮风力发电机，主要包括叶片、轮毂、整流罩、偏航系统、塔架等几个部分。其中偏航系统又包括电动机、一级蜗杆减速箱、二级蜗杆减速装置三个部分。此次毕业设计的主要内容是叶片轮毂的连接、偏航系统、塔架组等几个部分。 主要设计过程分成下面几个部分：参数的选择、方案的制定、图卡的编制、三维模型的建立、偏航系统的设计、轮毂的设计以及轴承、轴、键等零件的校核。 其中的重点与难点是偏航系统方案的选择与设计。关键字：直驱式、发电机、轮毂、偏航系统ABSTRACT The subject of this grad

2、uation project is a 5KW direct drive wind turbine, direct drive wind turbines, is a directly driven by the wind generators, also known as gearless wind turbines, including blades, wheels, fairing, partialAir system, tower and other parts. The yaw system also includes a motor, a worm gear box, two wo

3、rm deceleration device of three parts. The graduation project is several parts of the rotor hub connection, yaw system, tower group.The main design process is divided into the following sections: parameter selection, program development, the preparation of picture cards, and three-dimensional model,

4、 the design of the yaw system, wheels and bearings, shafts, key parts of the check.One of the important and difficult is the selection and design of the yaw system solutions.Keywords: direct drive generators, wheels, the yaw system 目录第一章绪论21.1 选题的依据、课题的意义及国内外基本研究情况21.1.1选题的依据：21.1.2 课题的意义：21.1.3 国内外

5、基本研究情况31.2国内外研究现状及发展趋势31.2.1 国内研究现状及发展趋势：41.2.2 国外研究现状与发展趋势：41.3本课题研究的内容51.4本课题研究方案51.5 研究目标、主要特色及工作进度51.5.1 研究目标。51.5.2 主要特色5第二章 传动装置的总体设计62.1分析或确定传动方案62.1.1 传动比的分配和传动方案62.1.2 电动机的选择9第三章 风电机组零部件的设计113.1叶片的设计及其形状113.1.1 直驱式风力发电机组叶桨113.1.2直驱风力发电机组变桨特性叙述123.2 轮毂的设计及其形状123.4 底板的结构设计及其形状（焊接件）153.5 法兰组件的

6、设计及其形状163.6 风力发电机组总装件的设计19第四章 零件的校核214.1 轴的校核21（1）蜗杆轴的校核214.2 轴承的校核254.3 键的校核27第五章 心得体会28参考资料29附录29第一章 绪论1.1 选题的依据、课题的意义及国内外基本研究情况 1.1.1选题的依据：直驱式风力发电机（Direct-driven Wind Turbine Generators），是一种由风力直接驱动发电机，亦称无齿轮风力发动机，这种发电机采用多极电机与叶轮直接连接进行驱动的方式，发电机轴直接连接到叶轮轴上，转子的随风速而改变，其交流电的频率也随之变化，进过置于地面的大功率电力电子转换器，将频率不

7、定的交流电整流为直流电，再逆变成与电网同频的交流电输出。国际先进的无齿轮箱直驱风力发电机，用低速多极永磁发电机，并使用一台全功率变频器将频率变化的风电送入电网。直驱永磁风力发电机有以下几个方面优点：1.发电效率高：直驱式风力发电机组没有齿轮箱，减少了传动损耗，提高了发电效率，尤其是在低风速环境下，效果更加显著。 2.可靠性高：齿轮箱是风力发电机组运行出现故障频率较高的部件，直驱技术省去了齿轮箱及其附件，简化了传动结构，提高了机组的可靠性。同时，机组在低转速下运行，旋转部件较少，可靠性更高。 3.运行及维护成本低：采用无齿轮直驱技术可减少风力发电机组零部件数量，避免齿轮箱油的定期更换，降低了运行

8、维护成本。 4.电网接入性能优异：直驱永磁风力发电机组的低电压穿越使得电网并网点电压跌落时，风力发电机组能够在一定电压跌落的范围内不间断并网运行，从而维持电网的稳定运行。 1.1.2 课题的意义：直驱式风力发电机组由于没有齿轮箱，零部件数量相对于传统的风电机要少得多，其主要部件包括：叶轮叶片、轮毂、变浆系统、发电机转子、发电机定子、偏航系统、测风系统、底板、塔架等。齿轮箱是目前在兆瓦级风力发电机中属易过载和过早损坏率较高的部件，因此，没有齿轮箱的直驱式风力发动机，具备低风速时高效率、低噪音、高寿命、减小机组体积、降低运行维护成本等诸多优点。直驱型风力发电机组没有齿轮箱，低速风轮直接与发电机相连

9、接，各种有害冲击载荷也全部由发电机系统承受，对发电机要求很高。同时，为了提高发电效率，发电机的极数非常大，通常在100极左右，发电机的结构变得非常复杂，体积庞大，需要进行整机吊装维护。1.1.3 国内外基本研究情况 直驱式风力发电机始于20多年前，由于电气技术和成本等原因，发展较慢。随着近几年技术的发展，其优势才逐渐凸现。德国、美国、丹麦都是在该技术领域发展较为领先的国家，其中德国西门子公司开发的（直驱式）无齿轮同步发电机安装在世界最大的挪威风力发电场，最高效率达98%。 1997年的风机市场上出现了兼具无齿轮、变速变桨距等特征的风力发电机,这些高产能、运行维护成本低的先进机型有E-33、E-

10、48、E-70等型号，容量从330千瓦至2兆瓦，由德国ENERCONGmbH公司制造，它们的研制始于1992年。2000年，瑞典ABB公司成功研制了3兆瓦的巨型可变速风力发电机组，其中包括永磁式转子结构的高压风力发电机Wind former，容量3兆瓦、高约70米、风扇直径约90米。2003年，在Okinawa电力公司开始运行的MWT-S2000型风力发电机，是日本三菱重工首度完全自行制造的2兆瓦级风机，采用小尺寸的变速无齿轮永磁同步电机，新型轻质叶片。 目前，国内多家企业也开始进军直驱式风力发电机领域，湘潭电机集团与日本原弘产株式会社合资组建的湖南湘电风能有限公司，2兆瓦直驱式永磁风力发电整

11、机机组已试车成功；具有自主知识产权的新疆金凤科技股份公司、哈尔滨九州电气公司也分别研制出1.5兆瓦直驱式风力发电机。 1.2 国内外研究现状及发展趋势1.2.1 国内研究现状及发展趋势：我国虽然是在20世纪70年代就开始研制大型并网风力发电机组，但直到在90年代国家“乘风计划”的支持下，风力发电才真正从科研走向市场。在国家有关部委的支持下，额定功率为Zoowk、25OWK、300wk、600姗的风力发电机组已研制成功，ZOOWkv600wk的大型风力发电机组制造技术已基本掌握，并开始研制兆级风力发电机组。我国自主开发的20OWK300wk级风力发电机组的国产化率已超过9，此外还开发了一批风光、

12、风柴联合发电系统。浙江省机电设计研究院研制的风力发电机组，于1997年4月通过了国家级技术成果鉴定，同年12月又完成了中试样机的研制。由上海蓝天公司主持研制的300wk风力发电机组，1998年初在南澳风电场投入并网运行，目前运行情况良好。在6O0wk风力机研制方面，由国家科委立项，新疆风能公司、浙江省机电设计研究院等单位主持的大型风力机国产化项目也迈出了坚实的步伐。到2003年，我国已在11个省区建立了27个风电场，东部沿海有丰富的风能资源，距离电力负荷中心近，海上风电场必将成为今后我国新兴的能源基地。虽然我国近几年风力发展很快，装机量以每年20以上的速度递增，但是仍仅占全国电力总装机的0.1

13、1。相比国外，我国在风力发电技术的研究上比较落后，企业生产规模小，工艺技术落后，一些原材料和产品国产化程度低，重要原材料和零部件以及大容量的风力发电装置绝大多数依靠进口。国内自制的风力发电机多为异步发电机，不能做到变速恒频发电，不能有效地利用各种风况下的风能。总体上，我国的风力发电目前仍处于起步阶段。为更好地实施国家可持续发展和西部大开发战略，国家计委、科技部、国家经贸制定了新能源和可再生能源产业发展的“十五”规划，其中包括国家的光明工程和863计划后续能源技术主题等国家科技发展项目。我国风力发电在国家的重视和政府的支持下，必将有广阔的发展前景。1.2.2 国外研究现状与发展趋势：首先从装机容

14、量上来看近几年世界风力发电的发展。到2001年，全球总装机容量为25273MW，其中德国装机容量为8000WM，名列首位，占世界风电装机容量的30。美国装机容量达4000WM,名列第二。西班牙为3300WM，名列第三。丹麦装机容量2650WM，英国650WM,中国为400WM，到2002年底，世界总装机容量为32037WM，而欧洲占全世界的74.4，据预测，在2001-2005的5年间，全世界新增风力发电设备的发电能力约为39010WM，预计2020年的世界风力发电量将占全世界总发电量的10。1.3 本课题研究的内容 本文以变速恒频直驱式风力发电为控制对象，对由其构成的风力发电系统及其相关的控

15、制技术进行研究，研究内容主要包括以下几个方面：1. 深入研究变速恒频风力发电技术；2. 针对变速恒频风力发电技术，相应提出同步风力发电的控制策略；3. 设计搭建实验平台，用于测试控制策略的可行性；4. 完成主要控制部分的软件设计；5. 结合平台完成实验并分析实验结果。1.4 本课题研究方案 本文首先从传统的风力发电机组开始分析，研究变速恒频直驱风力发电技术与其具有哪些不同以及具有的优势，然后谈及同步风力发电机组的控制略、运行原理和发电系统的组成。研究方案中好包括控制系统中硬件部分的组成和软件部分的组成，如何通过仿真模型实验来验证这种控制方案的实施。1.5 研究目标、主要特色及工作进度1.5.1

16、 研究目标。1.5.2 主要特色 伴随着风力发电产业的发展和对风能利用水平要求的不断提高，风力发电的控制系统一直处在人们关注的焦点之下，是人们不断研究和改进的对象。同步风力发电机系统以其无齿轮箱、输出有功功率和无功功率可调等优势曾经博得过人们的青睐，但因其难以满足恒速频的控制要求一度退出风电舞台。现在，电力电子技术的发展使得同步风力发电机的控制变得更加简单，变速恒频技术的进步给同步风力发电机的应用提供了更广阔的空间。 变速恒频直驱风力发电技术的优点有：可以实现最大风能获取，对永磁机组而言有较高的效率；有较高的转速运行范围，可在-30+15的转速范围内运行，没有齿轮箱，可靠性好；控制简单，可灵活

17、地调节有功和无功功率。 第二章 传动装置的总体设计传动装置总体设计的目的是分析或确定传动方案、选定电动机型号、计算总传动比并合理分配传动比、计算传动装置的运动和动力参数，为设计计算各级传动零件和装配图设计准备条件。2.1 分析或确定传动方案2.1.1 传动比的分配和传动方案机器一般由原动机、传动装置、工作机和控制系统四部分组成。其中传动装置至关重要，常用的传动装置有：齿轮传动、链条传动、带传动、凸轮机构传动、蜗杆涡轮传动。其中链条传动运动不均匀，有冲击和周期性速度波动，噪声较大，不适用于高速传动和大传动比传动；带传动虽然传动平稳，噪声小，但是由于带传动多数用于传递载荷，所以也不适用于偏航系统中

18、；综合各种传动装置的优缺点，并考虑到风力发电机组的传动比很大，所以选择蜗杆传动。蜗杆传动的优点是结构紧凑、传动比大，以蜗杆为主动轮可以实现大传动比传动。在发电机组的偏航系统中选择蜗杆传动作为减速装置，将能够满足减速要求。传动比的确定对于机器运转来说十分重要，传动装置的总传动i由选定的电动机满载转速n1和工作机主动轴转速n2确定，即i=n1/n2.在多级传动中，总传动等于各级传动之积。根据电动机的额定转速和最后蜗轮的转速可得总的传动比等于1500/0.5=3000，分配传动比时应考虑以下原则：（1） 应使各级传动比均在荐用值的范围内，以符合各种传动形式的特点，并使结构紧凑。（2） 应使各传动件尺

19、寸协调，结构均匀合理。（3） 应使各传动件彼此不发生干涉碰撞。（4） 应使各级大齿轮侵油深度合理（低速级大齿轮侵油稍深，高速级大齿轮能侵油），同时要求两大齿轮的直径相近。通常在展开式二级圆柱齿轮减速器中，低速级中心距大于高速级中心距。根据上述分配原则，下面给出分配传动比的方案：（1） 对于高速级采用标准齿轮箱传动，根据选定的额定功率和转矩确定高速级传动比为50，查减速箱标准手册，选用圆弧圆柱蜗杆传动，标记为CW 63-50-I F JB/T7935-1999. (2)低速级采用蜗杆传动，根据GB/T10085-1998的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）；蜗杆用45钢，蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为4

20、555HRC，蜗轮用铸锡磷青铜ZcuSn10P1，金属模铸造；齿面按接触疲劳强度进行设计a3KT2ZEZPH2 蜗轮上转矩T2Z=1,估取效率=0.7，则T2=9.55106Pn=9.551060.150.70.715003000N.mm=1400000N.mm载荷系数K=1，由表11-5选取KA=1.15，,Kv=1.05 K=KAKKv=1.151.0511.21 ZE=160MPa12 Z： 假设da=0.35，从图11-18查得Z=2.9查表11-7，得H=268MPa HKHNH=218MPa a31.2114000001602.92182mm =197.8258mm取中心距a=20

21、0mm，因i=60，查表11-2，取模数m=5mm，d1=90mm，这时d1a=0.45，查图得，Z=2.68，因为ZZ，所以计算结果满足可用。1. 蜗杆的主要参数；轴向齿距Pa=15.708mm，q=18mm，=31047“，da1=100mm，df1=77.5mm，轴向齿距Sa=7.854mm， 2. 蜗轮的主要参数；蜗轮齿数Z2=62，变位系数x2=0，m=5mm， 验算传动比i=z1z2=62，传动比误差为62-6060=0.033=3.3%，是在允许的误差范围内。 d2=mz2=310mm，a=mq+z22=518+622mm=200mm，3.校核齿根弯曲疲劳强度 F=1.53KT2

22、d1d2mYFa2YF当量齿数zv2=z2cos3=62cos31047”3=62.09根据x2=0，zv2=62.09，从图11-19中可查得齿形系数YFa2=2.87.螺旋角系数Y=1-140=1-3.17140=0.9912计算弯曲应力从表11-8中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力F=56MPa。寿命系数 KF2=91065.22107=0.644 F=560.644MPa=36.086MPa F=1.531.219484008032882.870.9192MPa=22.065,MPa弯曲强度是满足的。4.验算效率 =(0.950.96）tantan+v已知=3104

23、7“；v=tan-1fv；fv与相对滑动速度与相对滑动速度vs相关。 Vs=d1n1601000cos=801450601000cos31047”=6.194ms从表11-18中用插值法查得fv=0.0204、v=1.1687；代入式中得=0.86，大于原估计值，因此不用重算5.精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从GB/T 10089-1988圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择8级精度，侧隙种类为f，标注为 GB/T 10089-1988。然后由有关手册查得要求的公差项目及表面粗糙度。其中蜗轮的非工作表面粗糙度为12.5，工作表面粗糙度为6.3和3.2.

24、行位公差则由其加工性和要求精度确定。6. 绘制工作图如图（1）所示 （1） 2.1.2 电动机的选择电动机是由专门工厂批量生产的标准部件。设计时要根据工作机的工作特性、工作环境和工作载荷等条件，选择电动机的类型、结构、容量和转速，并在产品目录中选出其具体型号和尺寸。（1）.选择电动机的类型和结构形式电动机分交流和直流两种。由于生产单位一般多采用三相交流电源，因此无特殊要求时均采用三相交流异步电动机，Y系列三相异步电动机由于结构简单、工作可靠、价格低廉、维护方便，因此广泛用于机械上。按工作要求和工作条件选用Y系列三相笼型异步电动机，全封闭自扇冷式结构，电压380V。根据5KW风力发电机的功率和转

25、速要求，选择电动机的转速为1500r/min，功率为150W，至此，电动机的转速和功率已完全确定。 1.3计算传动装置各轴的运动和动力参数（1） 各轴的转速减速箱输入轴I轴 nI=nm=1500r/min减速箱输出轴I轴 nI=nIiI=1500r/min50=30r/min蜗杆轴III轴 nIII=nII =30r/min涡轮轴IV轴 nIV=nIIIiII=30r/min60=0.5r/min（2）各轴的输入功率 I轴 PI=Pd1=1500.99W150W II轴 PII=PI2=1500.7W=105W III轴 PIII= PII1=1050.99W105WIV轴 PIV=PIII2

26、=1050.7W=73.5W （3）各轴的输入转矩 电动机轴的输出转矩Td=9.55106Pdnm=9.551060.15kW1500r/min=955Nmm所以I轴 TI=Td 1 =955Nmm II轴 TII=TI2iI=955500.7=33425Nmm III轴 TIII=TII=33425Nmm IV轴 TIV=TIII 2iII=1403850Nmm将上述计算结果汇总于下表，以备查用。第三章 风电机组零部件的设计风力发电机组是由三根叶片、一个轮毂、一个整流罩、一个发电机、一个焊接件以及装在焊接件上的制动器、伺服电机.还有偏航系统即减速箱和蜗轮蜗杆减速装置、电器柜、驱动偏航系统的三

27、相异步电动机、焊接件底端接在内法兰上，内法兰套上外法兰，其中有推力球轴承用于承担轴向载荷，深沟球轴承承担径向载荷，外法兰安装在塔架上。3.1 叶片的设计及其形状3.1.1 直驱式风力发电机组叶桨直驱式风力发电机组采用水平轴、三叶片、上风向、变桨距调节、直接驱动、永磁同步发电机并网的总体设计方案，相对于传统的异步电动机组其优点如下：（1） 由于传动系统部件的减少，提高了风力发电机组的可靠性和可利用率；（2） 永磁发电技术及变速恒频技术的采用提高了风力机组的效率；（3） 机械传动部件的减少降低了风力发电机组的噪音；（4） 可靠性的提高降低了风力发电机组的运行维护成本；（5） 机械传动部件的减少降低

28、了机械损失，提高了整机效率；（6） 利用变速恒频技术，可以进行无功补偿；（7） 由于减少可部件数量，使整机的生产周期大大缩短。3.1.2直驱风力发电机组变桨特性叙述直驱型风力发电机组为变桨距调节型风机，叶片在运行期间，它会在风速变化的时候绕其径向轴转动。因此，在整个风速范围内可能具有几乎最佳的桨距角和较低的切入风速。在高风速的情况下，改变桨距角以减少功角，从而减小了在叶片上的气动力。这样就保证了叶轮输出功率不超过发电机的额定功率。对于变桨距调节后对的功率特性的影响等等问题，这里我们对机组叶片上的气动性能进行分析，从而进一步的了解变桨后，对风力发电机组性能的影响。叶片的结构是高端的曲面造型结构，

29、叶片的扫掠面积应尽量做大，这样就能捕捉到最大的风速，叶片在风力的作用下转动，从而带动发电机的转子转动，实现发电，叶片通过螺钉连接在发电机轮毂上，从而带动轮毂一起转动。3.2 轮毂的设计及其形状轮毂是发电机组头舱的重要组成部分，轮毂是连接叶片的重要元件，轮毂是球形对称元件，三根叶片呈120安装在轮毂上，轮毂也是连接发电机的中间过渡性元件，轮毂与发电机的连接是通过螺栓实现的。轮毂外面套有整流罩，以保护轮毂的正常运转。轮毂是用45钢加工出来的。轮毂的设计应注意以下因素：（1） 轮毂的大小应考虑到叶片的根部直径，5KW风力发电机的叶片根部直径为120mm，考虑到轮毂安装叶片的孔径是在球体上截出一个平面

30、而成，所以轮毂的直径既要能够保证叶片装在里面有足够的空间，又要保证轮毂的大小与风机的整体尺寸相协调。所以经过勾股定理的计算以及各方面的综合考虑能够得到轮毂的理想直径为500mm，具体算法如下图（2） （2）3.3 整流罩的结构及其形状整流罩是装在轮毂上的零件，其主要作用是固定轮毂和叶片的相对位置，使其不能发生相对转动，整流罩通过叶片的圆弧曲面定位，整流罩的端面与发电机连接在一起，其连接是通过螺栓实现的，从而能够将风能转化为机械能，进而通过发电机转化为电能，实现发电。整流罩的设计应该考虑一下内容：（1） 整流罩的大小应保证轮毂能够顺利装进其中；（2） 整流罩那上面的三个叶片孔，应该与轮毂上的三个

31、叶片孔有很好的同轴度要求；（3） 整流罩的端面大小应该与电动机端面良好的接触，并且大小适中，以便于螺栓连接；（4） 整流罩的整体尺寸应该圆滑过渡，外形应该便于机加工。 综合考虑到以上注意事项，整流罩的三维建模可以以轮毂的外形曲面为标准，然后按照整流罩的厚度，偏置曲线，就能得到整流罩的外形轮廓。发电机的输入轴的直径为100mm，输出轴为150mm，输入端面为300mm，输出端面为400mm，所以整流罩的端面尺寸可以定为300mm，整流罩上的三个叶片孔呈120均布。具体形状如下图所示（2）： （2）3.4 底板的结构设计及其形状（焊接件）焊接件是连接风电机头和偏航系统的桥梁，焊接件的材料是铸铁，通

32、过焊接而成，其主要作用是前端连接发电机，并且在其上装有制动器，以便发电机能够随时制动，发电机正常发电的时候，制动器不工作，只有在停止发电的时候踩制动，制动器的工作原理是通过伺服电机带动制动钳工作，而制动钳则可以在伺服电机的作用下放开和压紧，而发电机的输出轴上装有联轴器，制动钳通过限制联轴器的回转，从而控制发电机的运转，实现制动。 焊接件上同样装有偏航系统，偏航系统是由三相异步电动机和蜗杆减速箱以及二级蜗轮蜗杆减速装置等主要零件构成，三相异步电动机是动力装置，它为偏航系统提供能源， 然后通过联轴器将电机轴和减速器的输入轴联接起来，从而带动减速器工作，实现一级减速，减速器的输出轴与蜗杆相连，从而带

33、动蜗杆转动，蜗杆与涡轮啮合带动涡轮转动，而涡轮轴即内法兰，通过法兰的作用（具体工作情况详见下章）带动底板转动，从而实现偏航，偏航的目的是为了使风力发电机捕捉到最大风速，对准最大风速，从而使得叶片以最大转速转动，进而以最大转速带动发电机发电，提高发电效率。 焊接件的前端与发电机相连，其尺寸是由发电机的端面尺寸决定的，焊接件需要加加强筋，因为焊接件需要拖着风力发电机前端的轮毂和整流罩，所以必须加强强度，焊接件的整体长度和宽度则由上面的零部件确定，根据偏航系统的整体尺寸确定焊接件的长度为800mm，宽度为560mm，而偏航系统的安装则通过焊接在底板上的零件进行固定。具体尺寸及其形状详见下图（3）：

34、（3）3.5 法兰组件的设计及其形状法兰（Flange）又叫法兰盘或凸缘盘。法兰是使底板与塔架相互连接的零件，连接于塔架上端。法兰连接或法兰接头，是指由法兰、垫片及螺栓三者相互连接作为一组组合密封结构的可拆连接，用在设备上系指设备的进出口法兰。法兰上有孔眼，螺栓使两法兰紧连。法兰间用衬垫密封。法兰分螺纹连接（丝扣连接）法兰和焊接法兰和卡夹法兰。法兰的材质是WCB（碳钢）、LCB（低温碳钢）、LC3（3.5%镍钢）、WC5(1.25%铬)，风力发电机的法兰是由内法兰和外法兰组成，内法兰同样也是蜗轮轴，通过键与蜗轮连接在一起，蜗轮的轴向定位则通过内法兰的轴肩来实现，上端用一个压盖压住，防止齿轮发生

35、窜动，蜗杆两端通过轴承支座来支撑，轴承支座里面装有角接触球轴承，承担径向载荷和轴向载荷，轴承支座通过螺栓固定在底板上，从而实现蜗杆的定位，制动器则安装在底板的桁架上，电器柜也是通过螺栓实现定位，减速箱与电动机的中心轴需要对齐，所以在电动机的底端需要焊上支座，以使两轴正常连接，然后再通过联轴器连接在一起，外法兰与底板也是通过螺栓连接的，在内法兰上装有推力球轴承，用于承担轴向载荷，推力球轴承的轴向定位分别是内法兰和外法兰，在外法兰上装有深沟球轴承，深沟球轴承是传递运动的重要组成部分，它将动力元件传到内法兰上的运动转移到外法兰上，进而通过外法兰传递给底板，底板实现运动后带动整个机舱回转，从而实现偏航

36、，所以说整个焊接件可以说是偏航系统的重要环节，也是风力发电机的重要环节。其中蜗杆轴的示意图如下图所示（4）： （4）由上图得知，右端是安装角接触球轴承的，中间部分为蜗杆，左端对称部分也是装配轴承的，再通过键的连接，将其连接在蜗杆减速箱上。内法兰的三维模型如下图所示（5）： （5）由上图我们可以看出，内法兰是连接蜗轮与塔架的中间过渡性元件，内法兰通过M16的螺栓与塔架连接在一起，上面则通过键与蜗轮相连，蜗轮的轴向则通过轴肩进行定位，在内法兰的外端套有推力球轴承，推力球轴承通过外法兰固定在内法兰上，综合来说，就是通过内外法兰的配合来实现深沟球轴承和推力球轴承的定位。而为难了节省材料，可以将内法兰做

37、成空心的，外法兰则是连接底板和内法兰的重要零件，外法兰通过M12的螺栓与底板相连，下端按在内法兰的底盘上，外法兰的三维模型如下图所示（6）: （6）3.6 风力发电机组总装件的设计通过风力发电机组各零部件的设计，我们已经得到了总装图的总体情况，综上所述可以知道风力发电机组是由叶片、轮毂、整流罩、发电机、焊接件、偏航系统、塔架等零部件组成。通过各零部件的装配，可以得到总装图的三维模型如下图所示（7）： （7）风力发电机组的整体设计，是基于风力发电机组的功率以及经济性和可行性的基础上完成的。具体零件校核详见第三章。第四章 零件的校核4.1 轴的校核（1） 蜗杆轴的校核初步确定轴的最小直径，选取轴的

38、材料为45钢，调制处理。根据表15-3，取A0=112，于是得dmin=A03P3n3=11230.8230=33.7mm输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径dI-II，如下图所示，为了使所选的轴的直径dI-II与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。按照计算转矩Tca=KAT3,查表14-3，考虑到转矩变化很小，故取KA=1.3，则 ：Tca=KAT3=1.333425N.mm=43452.5N.mm计算转矩Tca应小于联轴器公称转矩的条件，查标准GB/T5014-2003或手册，选用HL4型弹性联轴器，其公称转矩为45000N.mm。半联轴器的孔径dI=35mm，故取dI-II

39、=35mm，半联轴器长度L=80mm。轴的结构设计，拟定轴上零件的装配方案，装配方案在前面已经分析，两端用轴承支座支撑，中间用蜗杆轴，左端连接联轴器，并且接在蜗杆减速箱上。根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度为了满足半联轴器的轴向定位要求，I-II轴段需制出一轴肩，故取II-III段的直径dII-III=40mm，左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=42mm。半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=82mm，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故I-II段的长度应比L1略短一些，现取lI-II=80mm。 （2）初步选择滚动轴承。因为轴承同时承受轴向载荷和径向载荷，故选用角

40、接触球轴承。参照工作要求选取滚动轴承的内径d=40mm，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度的单列角接触球轴承7004AC，其尺寸为dDT=406228mm，故dII-III=40mm，而lII-III=28mm。 右端滚动轴承采用轴肩定位。由手册上查得7004AC型轴承的定位高度h=5mm，因此，取dIII-IV=50mm。 轴向零件的周向定位，齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按dIV-V有表查得平面截面bhl=201480mm，键槽用键槽铣刀加工，同时为了保证齿轮与轴具有良好的配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为H7h6；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为

41、161070mm，半联轴器与轴的配合为H7k6.滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6.（2） 确定轴上的圆角和倒角尺寸，参考表15-2，取轴端倒角为245，各轴肩的圆角半径见图15-26.（3） 求轴上的载荷，轴的受力示意图如下图所示： T1=9.551060.150.71500/50N.mm； Ft2=Fa2=2Td=23342590N=742.7N Ft2=Fa1=2T2d2=21400000310N=9032.2N Fr1=Fr2=Ft2tan=9032.2tanncos=3292.5N 求解得;Fr1v=630.1N Fr1H=371.35N Fr2

42、v=2662.4N Fr2H=371.35N所以Fr1=630.12+371.352N=731.4N Fr2=2662.42+371.352N=2688.2N M1max=406460N.mm M2max=32828.2N.mm T=406449N.mm轴的弯矩，扭矩及弯扭合成图如下所示： 按弯扭合成强度进行轴的强度校核。进行校核时，通常只要校核轴上承受弯矩和扭矩最大的工作截面，即危险截面，根据上面的数据以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6，轴的计算应力ca=M12+T32W=4077832+0.640644920.1903=20.38MPa前已选轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得-1=60MPa。因此ca0.68 所以由表13-5分别进行查表或插值计算得径向载荷系数和轴向载荷系数为轴承1 X1=0.67 Y1=1.41所以 P1=0.67Fr+1.41Fa=0.67731.4+1.4110860.1N=15802.8N Lh=530024h=36000h基本额定动载荷 C=P60nLh106=15802.83606036000106N=75971.6N所以选取一对7308AC轴承，满足要求。4.3 键的校核 键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩，有的还能实